JPWO2015079876A1 - 自動車用バンパー - Google Patents

Abstract

自動車用バンパーは、前方に向けて開放するＷ字状断面を有するバンパービーム（１１）が、前側に位置する不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シート（１６）と、後側に位置する連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シート（１５）とを積層して構成される。バンパービーム（１１）は、後側に位置する底壁（１４ａ）と、底壁（１４ａ）の上下両端から前方に延びる側壁（１４ｂ，１４ｃ）とを備え、底壁（１４ａ）の板厚（Ｔ１）は側壁（１４ｂ，１４ｃ）の板厚（Ｔ２）よりも大きいので、重量の増加を最小限に抑えながら前後方向の曲げ変形に対するバンパービーム（１１）の剛性を効率よく高め、衝突エネルギーの吸収性能の向上を図ることができる。

Description

本発明は、Ｗ字状断面あるいはＵ字状断面を有するバンパービームを、不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートと、連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートとを積層して構成した自動車用バンパーに関する。

前方あるいは後方に向けて開放するＵ字状断面あるいはＷ字状断面を有する繊維強化樹脂製のバンパービームにおいて、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開き変形するのを防止することで、バンパービームの強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能の向上を図るものが種々提案されている。

例えば、下記特許文献１には、前方に向けて開放するＷ字状断面のバンパービームの内部に縦方向および横方向にリブを形成するとともに、バンパーフェイスの内面をバンパービームの前端に溶融樹脂で結合したものが提案されている。

また下記特許文献２には、熱可塑性樹脂と連続繊維を含む樹脂シートとを重ねてプレス成形することで後方に向けて開放するＷ字状断面のバンパービームを構成し、Ｗ字状断面の上下の端部に熱可塑性樹脂あるいは連続繊維を含む樹脂シートを追加して局部的に板厚を増加させたものが提案されている。

また下記特許文献３には、前方に向けて開放するＵ字状断面のバンパービームの内部に縦補強リブおよび斜め補強リブを形成したものが提案されている。

また下記特許文献４には、連続繊維を含む樹脂シートと不連続繊維を含む樹脂シートとを重ね合わせてプレス成形することで前方に向けて開放するＵ字状断面のバンパービームを構成し、その内部に不連続繊維を含む樹脂シートよりなる縦リブおよび横リブを形成したものが提案されている。

また下記特許文献５には、前方に向けて開放するＵ字状断面のバンパービームの内部に縦方向に延びる多数のリブを形成するとともに、その後端の縦壁部に車幅方向に延びる多数ビ−ドを形成したものが提案されている。

日本特開平３−２２４８５０号公報 日本特表２０００−５１５８２８号公報 日本特許第３２２９５６８号公報 国際公開第ＷＯ２０１３０９４５１５号公報 日本特開平３−２２７７５０号公報

しかしながら、上記各特許文献に記載されたものは、バンパービームの内部に多数のリブを形成することで強度を高めるものであり、バンパービームの曲げ強度を左右する各部の板厚分布を考慮していないため、重量が増加する割には充分な強度向上が得られないという問題があった。

上記特許文献１、４及び５に記載されたものは、衝突荷重の入力時にバンパービームが口開き変形するのを防止するためには縦方向のリブを車幅方向に短い間隔で多数形成する必要があり、繊維強化樹脂が連続繊維層を有する場合には成形が困難であるばかりか、重量が増加してバンパービームを繊維強化樹脂製としたメリットを活かすことができないという問題があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、Ｗ字状断面を有するバンパービームの底壁が前方を向いているため、衝突荷重の入力によりバンパービームが後方に湾曲したとき、バンパービームの後面に作用する引張荷重を車幅方向に延びる底壁の連続繊維層で支持することができず、曲げ荷重に対するバンパービームの強度が著しく低下するという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、重量の増加を最小限に抑えながらバンパービームの口開き変形を防止して曲げ強度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、Ｗ字状断面あるいはＵ字状断面を有するバンパービームを、不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートと、連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートとを積層して構成した自動車用バンパーであって、前記バンパービームは、垂直に位置する底壁と、前記底壁の上下両端から水平方向に延びる側壁とを備え、前記底壁の板厚は前記側壁の板厚よりも大きいことを第１の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記底壁の連続繊維強化樹脂シートに第２の連続繊維強化樹脂シートを積層することで、前記底壁の板厚を前記側壁の板厚よりも大きくしたことを第２の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記底壁の不連続繊維強化樹脂シートを前記側壁の不連続繊維強化樹脂シートよりも厚くすることで、前記底壁の板厚を前記側壁の板厚よりも大きくしたことを第３の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第３の何れか１つの特徴に加えて、衝突荷重により前記バンパービームに作用する曲げモーメントの分布に応じて前記底壁の板厚を車幅方向に変化させたことを第４の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記バンパービームは、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部と、前記中央湾曲部の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部とからなり、前記左右湾曲部は、車幅方向外側に位置して前記バンパービームエクステンションに接続されるバンパービームエクステンション接続部と、車幅方向内側に位置して前記バンパービームのうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部とを備えることを第５の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第５の特徴に加えて、前記バンパービームは上部フランジを前後方向内側に折り返した上部折り返し部と下部フランジを前後方向内側に折り返した下部折り返し部とを備え、前記バンパービームエクステンション接続部は少なくとも車幅方向内側の締結点および車幅方向外側の締結点で前記バンパービームエクステンションの本体部に締結され、前記上部折り返し部および前記下部折り返し部の車幅方向外端は前記車幅方向内側の締結点の近傍を終端とすることを第６の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

尚、実施の形態のバンパービームエクステンション１２は本発明の衝撃吸収部材に対応し、実施の形態の上壁１４ｂおよび下壁１４ｃは本発明の側壁に対応し、実施の形態のリベット３５は本発明の締結点に対応し、実施の形態のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１は本発明の衝撃吸収部材接続部に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、自動車用バンパーは、Ｗ字状断面あるいはＵ字状断面を有するバンパービームが、不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートと、連続繊維強化樹脂シートとを積層して構成される。

バンパービームは、垂直に位置する底壁と、底壁の上下両端から水平方向に延びる側壁とを備え、底壁の板厚は側壁の板厚よりも大きいので、重量の増加を最小限に抑えながら水平方向の曲げ変形に対するバンパービームの剛性を効率良く高め、衝突エネルギーの吸収性能の向上を図ることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、底壁の連続繊維強化樹脂シートに第２の連続繊維強化樹脂シートを積層することで、底壁の板厚を側壁の板厚よりも大きくしたので、連続繊維の量を増加させて引張荷重に対する強度を高めることができる。

また本発明の第３の特徴によれば、底壁の不連続繊維強化樹脂シートを側壁の不連続繊維強化樹脂シートよりも厚くすることで、底壁の板厚を側壁の板厚よりも大きくしたので、不連続繊維の量を増加させて圧縮荷重に対する強度を高めることができる。

また本発明の第４の特徴によれば、衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントの分布に応じて底壁の板厚を車幅方向に変化させたので、バンパービームの車幅方向の強度分布を最適化して軽量化を図ることができる。

また本発明の第５の特徴によれば、バンパービームは、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部と、中央湾曲部の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部とからなり、左右湾曲部は、車幅方向外側に位置してバンパービームエクステンションに接続されるバンパービームエクステンション接続部と、車幅方向内側に位置してバンパービームのうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部とを備えるので、前後方向の衝突荷重を左右一対の荷重入力部で受けることで、荷重が入力する荷重入力部からバンパービームエクステンション接続部までの距離を小さくして衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントを小さくし、バンパービームの必要強度を低減して軽量化を図ることができる。

また本発明の第６の特徴によれば、バンパービームは上部フランジを前後方向内側に折り返した上部折り返し部と下部フランジを前後方向内側に折り返した下部折り返し部とを備えるので、衝突荷重によりバンパービームが口開き変形するのを特別の補強リブ等を設けることなく防止し、口開き変形した部分の車幅方向両側に応力が集中して亀裂や破壊が発生するのを防止することができる。

しかもバンパービームエクステンション接続部は少なくとも車幅方向内側の締結点および車幅方向外側の締結点でバンパービームエクステンションの本体部に締結され、上部折り返し部および下部折り返し部の車幅方向外端は車幅方向内側の締結点の近傍を終端とするので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームの車幅方向外側の締結点によりバンパービームエクステンションからバンパービームに前後方向内向きの反力を作用させることで、バンパービームに作用する曲げモーメントの最大値を低減して局部的な破壊を防止することができる。

その際に、折り返し部の車幅方向外端は車幅方向内側の締結点の近傍を終端とするので、折り返し部が形成されないバンパービームの車幅方向外端部の剛性を低下させることで、車幅方向外側の締結点からバンパービームエクステンションに作用する前後方向外向きの荷重が過大になるのを防止し、バンパービームエクステンションの前後方向の圧壊が阻害されるのを回避することができる。

図１はバンパービームおよびバンパービームエクステンションの斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３−３線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図３の４部拡大図である。（第１の実施の形態） 図５は図２の５−５線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図６は図２の６−６線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図７はバンパービームを成形する金型の断面図である。（第１の実施の形態） 図８は図４に対応する図である。（第２の実施の形態） 図９はバンパービームおよびバンパービームエクステンションの斜視図である。（第３の実施の形態） 図１０は図９の１０方向矢視図である。（第３の実施の形態） 図１１は図９の１１方向拡大矢視図である。（第３の実施の形態） 図１２は図１１の１２−１２線拡大断面図である。（第３の実施の形態） 図１３は図１１の１３−１３線拡大断面図である。（第３の実施の形態） 図１４は図１１の１４−１４線拡大断面図である。（第３の実施の形態） 図１５は図１１の１５−１５線拡大断面図である。（第３の実施の形態） 図１６はバンパービームを成形する金型の断面図である。（第３の実施の形態） 図１７は衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントの説明図である。（第３の実施の形態） 図１８は図１２に対応する図である。（第４の実施の形態）

１１ バンパービーム
１２ バンパービームエクステンション（衝撃吸収部材）
１４ａ 底壁
１４ｂ 上壁（側壁）
１４ｃ 下壁（側壁）
１４ｄ 上部フランジ
１４ｅ 下部フランジ
１４ｇ 上部折り返し部
１４ｈ 下部折り返し部
１５ 連続繊維強化樹脂シート
１６ 不連続繊維強化樹脂シート
１７ 第２の連続繊維強化樹脂シート
３３ａ′ 本体部
３５ リベット（締結点）
Ａ 中央湾曲部
Ｂ 左右湾曲部
Ｂ１ バンパービームエクステンション接続部（衝撃吸収部材接続部）
Ｂ２ 荷重入力部
Ｔ１ 底壁の板厚
Ｔ２ 側壁の板厚

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

第１の実施の形態

先ず、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、自動車の車体前部に繊維強化樹脂製のバンパービーム１１が車幅方向に配置されており、バンパービーム１１の車幅方向両端部が繊維強化樹脂製の左右一対のバンパービームエクステンション１２，１２の前端に支持され、バンパービームエクステンション１２，１２の後端が左右一対の金属製のフロントサイドフレーム１３，１３の前端に支持される。

バンパービーム１１は、前方に向けて開放するＵ字状断面の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌを上下に結合したＷ字状断面の部材であり、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌは、後端に位置する底壁１４ａと、底壁１４ａの上端から前方に延びる上壁１４ｂと、底壁１４ａの下端から前方に延びる下壁１４ｃと、上ビーム部１４Ｕの上壁１４ｂの前端から上方に延びる上部フランジ１４ｄと、下ビーム部１４Ｌの下壁１４ｃの前端から下方に延びる下部フランジ１４ｅと、上ビーム部１４Ｕの下壁１４ｃおよび下ビーム部１４Ｌの上壁１４ｂを上下方向に接続する中間フランジ１４ｆとを備える。

バンパービーム１１は、車幅方向中央の所定範囲において前方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Ａと、中央湾曲部Ａの車幅方向両側において前方に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部Ｂ，Ｂとからなり、左右湾曲部Ｂは、車幅方向外側に位置してバンパービームエクステンション１２に接続されるバンパービームエクステンション接続部Ｂ１と、車幅方向内側に位置してバンパービーム１１のうちで前方に最も突出する荷重入力部Ｂ２とを備える。

またバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向中間部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる２枚の縦リブ１４ｊ，１４ｊを備えるとともに、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向外端部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる１枚の端壁１４ｋを備える。尚、バンパービーム１１の車幅方向内側の縦リブ１４ｊ…から端壁１４ｋ…までの間には、上部フランジ１４ｄ，１４ｄおよび下部フランジ１４ｅ，１４ｅは形成されていない（図１参照）。

バンパービーム１１の車幅方向中央部には金属製のカバー部材３１が装着される。カバー部材３１は、矩形状の本体部３１ａと、本体部３１ａの上下端を後方に折り曲げた係止部３１ｂ，３１ｃを備えており、本体部３１ａの上部および下部がバンパービーム１１の上部フランジ１４ｄおよび下部フランジ１４ｅにそれぞれリベット３２…で固定される。これにより、本体部３１ａの上端の係止部３１ｂがバンパービーム１１の上部フランジ１４ｄに上方から係合し、本体部３１ａの下端の係止部３１ｃがバンパービーム１１の下部フランジ１４ｅに下方から係合する。

バンパービーム１１は、後面側に位置する連続繊維強化樹脂シート１５と、前面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート１６とを２層に積層して構成される。連続繊維強化樹脂シート１５は、車幅方向に配向したガラス連続繊維と、それと直交する上下方向あるいは前後方向に配向したガラス連続繊維とよりなる織布をナイロン樹脂で固めたものであり、不連続繊維強化樹脂シート１６は、ランダムに配向されて相互に絡み合うガラス不連続繊維をナイロン樹脂で固めたものである。

図７に示すように、バンパービーム１１をプレス成形する金型２１は、連続繊維強化樹脂シート１５の後面を成形する凹状のキャビティ２２ａ，２２ａを有する雌型２２と、不連続繊維強化樹脂シート１６の前面を成形する凸状のコア２３ａ，２３ａを有する雄型２３とからなり、コア２３ａ，２３ａには縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を成形するための溝２３ｂ…が形成される。金型２１を型開きした状態で、雌型２２のキャビティ２２ａ，２２ａおよび雄型２３のコア２３ａ，２３ａ間に、連続繊維プリプレグ１５′と不連続繊維プリプレグ１６′とが予備加熱した状態で配置される。

このとき、バンパービーム１１の底壁１４ａ，１４ａに対応する部分に、細幅の帯状に形成された第２の連続繊維プリプレグ１７′，１７′が、連続繊維プリプレグ１５′および不連続繊維プリプレグ１６′間に挟まれるように配置される。

プリプレグは、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミドファイバー等の連続繊維よりなる平織や綾織などの織布やＵＤ（連続繊維を一方向に引き揃えたシート）、あるいは不連続繊維のマットを補強材とし、それに半硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等）、あるいは熱可塑性樹脂（ナイロン６やポリプロピレン等の）を含浸させたもので、金型の形状になじむ柔軟性を有している。熱硬化性樹脂の場合、複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば１３０°Ｃ程度に加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化して繊維強化樹脂製品が得られる。本実施の形態の可塑性樹脂の場合、予備加熱した複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して加圧成形し、その後冷却すると繊維強化樹脂製品が得られる。

本実施の形態では、連続繊維プリプレグ１５′および第２の連続繊維プリプレグ１７′，１７′の補強材は、ガラス連続繊維を相互に直交する方向に配向した織布であり、不連続繊維プリプレグ１６′の補強材は、ランダム配向した繊維長が５ｍｍ程度の長繊維からなるガラス不連続繊維の不織布である。

従って、雌型２２および雄型２３を型締めすると、連続繊維プリプレグ１５′および第２の連続繊維プリプレグ１７′，１７′が雌型２２のキャビティ２２ａ，２２ａと雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによってプレスされ、Ｗ字状断面を有するバンパービーム１１の後面が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ１６′は容易に変形可能であるため、連続繊維プリプレグ１５′および第２の連続繊維プリプレグ１７′，１７′と雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによって挟まれた不連続繊維プリプレグ１６′は、連続繊維プリプレグ１５′および第２の連続繊維プリプレグ１７′，１７′の前面に沿って薄い膜状に積層されるとともに、コア２３ａ，２３ａの溝２３ｂ…内に流入して縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を同時に成形する。そして金型２１から取り出したバンパービーム１１の外周にはみ出した余剰部分を切断することで、バンパービーム１１を完成する。

図４（Ａ）には、上述のようにして成形されバンパービーム１１の断面の板厚が示される。バンパービーム１１の底壁１４ａは、連続繊維プリプレグ１５′により構成される連続繊維強化樹脂シート１５と、第２の連続繊維プリプレグ１７′により構成される第２の連続繊維強化樹脂シート１７との２層構造になるため、底壁１４ａの板厚Ｔ１はバンパービーム１１の車幅方向全域に亙って上壁１４ｂおよび下壁１４ｃの板厚Ｔ２よりも大きくなる。

ただし、底壁１４ａの板厚Ｔ２はバンパービーム１１の車幅方向に変化する。即ち、左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端間の板厚Ｔ１は一定の最大値であり、そこから車幅方向外側に向かって次第に減少することでバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の変形中心において最小値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に増加する。

図１、図２、図５および図６に示すように、バンパービームエクステンション１２は、上下対称な形状を有する上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌを、それらの車幅方向外端に形成した側部フランジ３３ａ，３３ａおよび車幅方向内端に形成した側部フランジ３３ｂ，３３ｂで重ね合わせてリベット３４…で一体に結合し、前後方向に貫通するボックス状の閉断面に構成される。

また上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌの前端から前部フランジ３３ｃ，３３ｃがそれぞれ前上方および前下方に延びており、上部部材３３Ｕの前部フランジ３３ｃはバンパービームエクステンション１２の上壁１４ｂにリベット３５…で結合され、下部部材３３Ｌの前部フランジ３３ｃはバンパービームエクステンション１２の下壁１４ｃにリベット３５…で結合される。これによりバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１は、バンパービームエクステンション１２の前部フランジ３３ｃ，３３ｃにより上下から挟まれるように固定される。

バンパービームエクステンション１２の上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌは、車幅方向外側の側部フランジ３３ａ，３３ａの前端および前部フランジ３３ｃ，３３ｃの車幅方向外端に連なる前壁３３ｄ，３３ｄを備えており、これらの側部フランジ３３ａ，３３ａ、前部フランジ３３ｃ，３３ｃおよび前壁３３ｄ，３３ｄによってバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の車幅方向外端が覆われる。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

自車のバンパービームが他車のバンパービームに前面衝突したような場合、図２に示すように、本実施の形態のバンパービーム１１は前方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Ａを備えるため、中央湾曲部Ａの車幅方向両側の一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端が他車のバンパービームに衝突し、一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端の２点に衝突荷重Ｆが集中的に入力する。その結果、バンパービーム１１に作用する曲げモーメントの最大値が低減するだけでなく、中央湾曲部Ａを含む一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端（荷重Ｆの入力点）に挟まれた領域に引張荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１に圧縮荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１と荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端とに挟まれた狭い領域だけが捩じり（剪断）変形することになり、捩じり変形によるバンパービーム１１の口開きが抑制されて破壊強度が高められる。

またバンパービーム１１に前方からの衝突荷重が入力すると、左右の曲げ中心間のバンパービーム１１が後方に湾曲するように変形するため（図２の鎖線参照）、バンパービーム１１の後面側に引張荷重が作用し、バンパービーム１１の前面側に圧縮荷重が作用する（図３参照）。

本実施の形態によれば、引張荷重が作用するバンパービーム１１の後面側が引張荷重に強い連続繊維強化樹脂シート１５で構成されており、その連続繊維強化樹脂シート１５の相互に直交する方向に配向された連続繊維のうち、特に車幅方向に配向された連続繊維が引張荷重に抵抗することで、バンパービーム１１の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能を向上させることができる。

また本実施の形態によれば、圧縮荷重が作用するバンパービーム１１の前面側が圧縮荷重に強い不連続繊維強化樹脂シート１６で構成されており、ランダムに配向されて絡み合った不連続繊維が圧縮荷重に抵抗することで、バンパービーム１１の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能をより一層向上させることができる。

図２に示すように、バンパービーム１１の左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端に衝突荷重Ｆが入力したとき、左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端間に作用する曲げモーメントは一定の最大値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に減少することでバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の変形中心において最小値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に増加する。つまり、バンパービーム１１の底壁１４ａの板厚Ｔ１（図４（Ａ）参照）は、そこに作用する曲げモーメントの大きさに応じて設定され、曲げモーメントが大きい部分では板厚Ｔ１が大きくなり、曲げモーメントが小さい部分では板厚Ｔ１が小さくなる。これにより、バンパービーム１１の車幅方向の強度分布を最適化して重量を最小限に抑えながら、必要な曲げ強度を確保することができる。

特に、底壁１４ａはバンパービーム１１の後端に位置するため、バンパービーム１１の前後方向の曲げ変形に関する断面係数の増加に大きく寄与し、底壁１４ａの板厚Ｔ１を増加させることで、重量の増加を最小限に抑えて断面係数を効果的に増加させることができる。

更に、底壁１４ａの連続繊維強化樹脂シート１５に第２の連続繊維強化樹脂シート１７を積層することで、底壁１４ａの板厚Ｔ１を上壁１４ｂおよび下壁１４ｃの板厚Ｔ２よりも大きくしたので、底壁１４ａの連続繊維の量を増加させて引張荷重に対する強度を高めることができる。

またバンパービーム１１は車幅方向中央部にカバー部材３１を備え、カバー部材３１は最上位の上壁１４ｂおよび最下位の下壁１４ｃ間を上下方向に接続するので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１が口開き変形するのを防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。

しかもバンパービーム１１は不連続繊維強化樹脂シート１６を圧縮成形して構成された縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を備えるので、衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１が口開き変形するのを防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。

またバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の車幅方向外端を、バンパービームエクステンション１２の上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌの側部フランジ３３ａ，３３ａ、前部フランジ３３ｃ，３３ｃおよび前壁３３ｄ，３３ｄによって覆ったので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１の車幅方向外端部が口開き変形するのを防止し、衝突荷重をバンパービーム１１からバンパービームエクステンション１２に確実に伝達して効率的に吸収することができる。

第２の実施の形態

次に、図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示する。

第１の実施の形態では、バンパービーム１１の底壁１４ａの板厚Ｔ１を、上壁１４ｂおよび下壁１４ｃの板厚Ｔ２よりも大きくする手段として、底壁１４ａにおいて連続繊維強化樹脂シート１５に第２の連続繊維強化樹脂シート１７を積層しているが、第２の実施の形態では、第２の連続繊維強化樹脂シート１７を廃止し、その代わりに底壁１４ａにおける不連続繊維強化樹脂シート１６の板厚を増加させている。バンパービーム１１の加圧成形時に不連続繊維強化樹脂シート１６は金型２１内で任意の形状に変形可能であるため、その板厚を変化させることは容易である。

本実施の形態によれば、底壁１４ａの不連続繊維強化樹脂シート１６を上壁１４ｂおよび下壁１４ｃの不連続繊維強化樹脂シート１６よりも厚くすることで、底壁１４ａの板厚Ｔ１を上壁１４ｂおよび下壁１４ｃの板厚Ｔ２よりも大きくしたので、底壁１４ａにおける不連続繊維の量を増加させて圧縮荷重に対する強度を高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図９〜図１７に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。前述の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示し、詳細な説明は省略し、同様に得られる作用についても記載を省略する。

バンパービーム１１は、前方に向けて開放するＵ字状断面の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌを上下に結合したＷ字状断面の部材であり、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌは、後端に位置する底壁１４ａと、底壁１４ａの上端から前方に延びる上壁１４ｂと、底壁１４ａの下端から前方に延びる下壁１４ｃと、上ビーム部１４Ｕの上壁１４ｂの前端から上方に延びる上部フランジ１４ｄと、下ビーム部１４Ｌの下壁１４ｃの前端から下方に延びる下部フランジ１４ｅと、上ビーム部１４Ｕの下壁１４ｃおよび下ビーム部１４Ｌの上壁１４ｂを上下方向に接続する中間フランジ１４ｆと、上部フランジ１４ｄの上端を後方に折り返した上部折り返し部１４ｇと、下部フランジ１４ｅの下端を後方に折り返した下部折り返し部１４ｈとを備える。

またバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向中間部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる２枚の縦リブ１４ｊ，１４ｊを備えるとともに、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向外端部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる１枚の端壁１４ｋを備える。尚、バンパービーム１１の車幅方向内側の縦リブ１４ｊ…から端壁１４ｋ…までの間には、上部フランジ１４ｄ，１４ｄ、下部フランジ１４ｅ，１４ｅ、上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈは形成されていない（図９参照）。

バンパービーム１１の車幅方向中央部には金属製の引張部材１３１が装着される。引張部材１３１は、矩形状の本体部３１ａ′と、本体部３１ａ′の上下端を後方に折り曲げた係止部３１ｂ′，３１ｃ′を備えており、上端の係止部３１ｂ′および下端の係止部３１ｃ′が、バンパービーム１１の上部フランジ１４ｄの上部折り返し部１４ｇおよび下部フランジ１４ｅの下部折り返し部１４ｈにそれぞれクリップ３２′，３２′で固定される。これにより、引張部材１３１の上端の係止部３１ｂ′がバンパービーム１１の上部折り返し部１４ｇに上方から係合し、引張部材１３１の下端の係止部３１ｃ′がバンパービーム１１の下部折り返し部１４ｈに下方から係合する。

本実施の形態では、連続繊維プリプレグ１５′の補強材は、ガラス連続繊維を相互に直交する方向に配向した織布であり、不連続繊維プリプレグ１６′の補強材は、ランダム配向した繊維長が３０ｍｍ程度の長繊維からなるガラス不連続繊維の不織布である（図１６参照）。

従って、雌型２２および雄型２３を型締めすると、連続繊維プリプレグ１５′が雌型２２のキャビティ２２ａ，２２ａと雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによってプレスされ、Ｗ字状断面を有するバンパービーム１１の後面が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ１６′は容易に変形可能であるため、連続繊維プリプレグ１５′と雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによって挟まれた不連続繊維プリプレグ１６′は、連続繊維プリプレグ１５′の前面に沿って薄い膜状に積層されるとともに、コア２３ａ，２３ａの溝２３ｂ…内に流入して縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を成形し、かつ上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈを同時に成形する。そして金型２１から取り出したバンパービーム１１の外周にはみ出した余剰部分を切断することで、バンパービーム１１を完成する。このように、成形性の高い不連続繊維強化樹脂シート１６により、複雑な断面形状のバンパービーム１１を容易に成形することができる。

圧縮された不連続繊維プリプレグ１６′がコア２３ａ，２３ａの溝２３ｂ…内に流入して縦リブ１４ｊ…を成形する際に、不連続繊維プリプレグ１６′に含まれる不連続繊維の長手方向が流れの方向に沿って整列することで、縦リブ１４ｊ…の強度が効果的に高められる（図１４の鎖線枠内参照）。

図９〜図１１および図１３〜図１５に示すように、バンパービームエクステンション１２は上下対称な形状を有する上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌを備え、上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌのコ字状断面を有する本体部３３ａ′，３３ａ′を、それらの車幅方向外端に形成した側部フランジ３３ｂ′，３３ｂ′および車幅方向内端に形成した側部フランジ３３ｃ′，３３ｃ′で重ね合わせてリベット３４…で一体に結合することで、前後方向に貫通するボックス状の閉断面に構成される。

また車幅方向内側の側部フランジ３３ｃ′，３３ｃ′の前端から車幅方向内側に向けて三角形状の延長部３３ｄ′，３３ｄ′が張り出しており、本体部３３ａ′，３３ａ′の前端から延長部３３ｄ′，３３ｄ′の前端に跨がるようにバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅが形成される。上部部材３３Ｕのバンパービーム取付部３３ｅは、本体部３３ａ′から上方に立ち上がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム１１の上ビーム部１４Ｕの上壁１４ｂの上面に重ね合わされ、４本のリベット３５…で固定される。同様に下部部材３３Ｌのバンパービーム取付部３３ｅは、本体部３３ａ′から下方に立ち下がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム１１の下ビーム部１４Ｌの下壁１４ｃの下面に重ね合わされ、４本のリベット３５…で固定される。そして本体部３３ａ′の前側に連なるバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅの車幅方向外端に、バンパービーム１１の車幅方向外端を前方から覆う係止壁３３ｇ，３３ｇが形成される。

次に、上記構成を備えた本発明の第３の実施の形態の作用を説明する。

自車のバンパービームが他車のバンパービームに前面衝突したような場合、図１０および図１７（Ａ）に示すように、本実施の形態のバンパービーム１１は、前述の実施の形態と同様に、捩じり変形による口開きが抑制されて破壊強度が高められる。

このとき、バンパービームエクステンション１２はバンパービーム１１の変形中心よりも車幅方向内側に延長されてバンパービームエクステンション接続部Ｂ１に接続される延長部３３ｄ′，３３ｄ′を備えるので、前面衝突の衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１の変形中心の位置を車幅方向内側に移動させ、バンパービーム１１に作用する曲げモーメントの最大値を低下させることで、バンパービーム１１を軽量化しながら局部的な破壊を防止することができる。しかも前後方向に見たときにバンパービームエクステンション１２の延長部３３ｄ′，３３ｄ′はバンパービーム１１の上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈにオーバーラップするので、衝突荷重をバンパービーム１１からバンパービームエクステンション１２の延長部３３ｄ′，３３ｄ′に効率的に伝達し、延長部３３ｄ′，３３ｄ′を座屈変形させて衝突エネルギーを吸収することができる。

本実施の形態によれば、バンパービーム１１は車幅方向中央部に引張部材１３１を備え、引張部材１３１は上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈ間を上下方向に接続するので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１が口開き変形するのを一層確実に防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。

図１７（Ａ）に示すように、バンパービーム１１の左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端に衝突荷重Ｆが入力したとき、左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端間に作用する曲げモーメントは一定の最大値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に減少することでバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の変形中心において最小値となる。

バンパービームエクステンション１２のバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅをバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１に固定する上下各４本のリベット３５…のうち、上下各３本のリベット３５…が本体部３３ａ′，３３ａ′の前方に位置している。これら３本のリベット３５…のうち、最も車幅方向内側に位置するリベット３５（車幅方向内側の締結点）の近傍が前記変形中心となり、最も車幅方向外側に位置するリベット３５（車幅方向外側の締結点）の近傍に前記係止壁３３ｇが形成される。

図１７（Ａ）に示すように、仮に、バンパービーム１１の車幅方向外端部がバンパービームエクステンション１２に固定されていないとすると、バンパービーム１１の変形中心において曲げモーメントがゼロになり、荷重の入力点において曲げモーメントが最大値となる。

しかしながら、実際にはバンパービーム１１の車幅方向外端部がバンパービームエクステンション１２にリベット３５で固定され、かつ係止壁３３ｇでバンパービームエクステンション１２の前端に係止されているため、衝突荷重の入力時に変形中心を支点として前方に移動しようとするバンパービーム１１の車幅方向外端部が、バンパービームエクステンション１２から後向きの荷重ｆを受けることになる。この荷重ｆにより、図１７（Ｂ）に示すように、バンパービーム１１に逆向きの曲げモーメント（バンパービーム１１を前方に凸に変形させる曲げモーメント）が作用することで、荷重の入力点に作用する曲げモーメントが最大値が低減し、これにより荷重の入力点におけるバンパービーム１１の局部的な破壊を防止することができる。

このとき、バンパービーム１１の車幅方向外端部をリベット３５だけでバンパービームエクステンション１２に固定すると、その部分に荷重が集中して破断する可能性があるが、前記リベット３５を補助するように係止壁３３ｇでバンパービームエクステンション１２およびバンパービーム１１を固定することで、バンパービーム１１の車幅方向外端部の破断を防止することができる。

ところで、バンパービームエクステンション１２は、バンパービーム１１から後向きの圧縮荷重を受けて圧壊することで衝突エネルギーを吸収するが、衝突荷重の入力時に変形中心を支点として前方に移動しようとするバンパービーム１１の車幅方向外端部に引っ張られ、バンパービームエクステンション１２の車幅方向外端部に前向きの荷重ｆ′が作用する（図１７（Ｂ）参照）。この荷重ｆ′はバンパービームエクステンション１２の圧壊を抑制する方向に作用するため、その大きさが過大になるとバンパービームエクステンション１２の安定した圧壊が阻害されてエネルギー吸収性能が低下する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、バンパービーム１１の車幅方向内側の締結点であるリベット３５よりも車幅方向外側には上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈが形成されていないため、変形中心の車幅方向外側でバンパービーム１１の強度を敢えて低下させ、バンパービームエクステンション１２の車幅方向外端部で前向きの荷重ｆ′が過大になるのを防止することで、バンパービームエクステンション１２の安定した圧壊を可能にすることができる。

またバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１は前後方向および上下方向に延びる縦リブ１４ｊ，１４ｊを備え、上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈの車幅方向外端は縦リブ１４ｊ，１４ｊの位置を超えて車幅方向外側に延びるので、衝突荷重がバンパービーム１１に入力したときに、バンパービーム１１の口開き変形を上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈだけでなく縦リブ１４ｊ，１４ｊにより一層確実に防止し、衝突荷重をバンパービーム１１からバンパービームエクステンション１２に一層確実に伝達して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

第４の実施の形態

次に、図１８に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。前述の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示する。

第３の実施の形態の引張部材１３１は金属製であるが、本実施の形態の引張部材１３１′は繊維強化樹脂製であり、前側に位置する連続繊維強化樹脂シート１７ａと後側に位置する不連続繊維強化樹脂シート１８とを積層して構成される。そして引張部材１３１′の不連続繊維強化樹脂シート１８よりなる上下の係止部３１ｂ′，３１ｃ′の内面は、バンパービーム１１の不連続繊維強化樹脂シート１６よりなる上部フランジ１４ｄ、下部フランジ１４ｅ、上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈに振動溶着により固定される。

このように、引張部材１３１′およびバンパービーム１１の不連続繊維強化樹脂シート１６，１８どうしを振動溶着することで溶着強度が高められるだけでなく、クリップ３２′，３２′のような特別の固定部材が不要になって部品点数の削減が可能になる。しかも引張部材１３１′の連続繊維強化樹脂シート１７ａが少なくとも上下方向に配向された連続繊維を含むことで、充分な引張強度を確保することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではフロント側のバンパービーム１１について説明したが、本発明はリヤ側のバンパービームに対しても適用することができる。フロント側のバンパービームの場合には，前後方向外側は前方に対応し、リヤ側のバンパービームの場合には，前後方向外側は後方に対応する。

また実施の形態のバンパービーム１１は前後方向外側に向けて開放するＷ字状断面を有するが、本発明のバンパービーム１９は前後方向外側に向けて開放するＵ字状（あるいはコ字状）断面を有するものであっても良い。

また実施の形態のバンパービームエクステンション１２は、フロントサイドフレームの前突で潰れて衝撃吸収する前端部や、リヤサイドフレームの後突で潰れて衝撃吸収する後端部といった、衝撃吸収部材であっても良い。

Claims (6)

1. Ｗ字状断面あるいはＵ字状断面を有するバンパービーム（１１）を、不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シート（１６）と、連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シート（１５）とを積層して構成した自動車用バンパーであって、
   前記バンパービーム（１１）は、垂直に位置する底壁（１４ａ）と、前記底壁（１４ａ）の上下両端から水平方向に延びる側壁（１４ｂ，１４ｃ）とを備え、前記底壁（１４ａ）の板厚（Ｔ１）は前記側壁（１４ｂ，１４ｃ）の板厚（Ｔ２）よりも大きいことを特徴とする自動車用バンパー。
2. 前記底壁（１４ａ）の連続繊維強化樹脂シート（１５）に第２の連続繊維強化樹脂シート（１７）を積層することで、前記底壁（１４ａ）の板厚（Ｔ１）を前記側壁（１４ｂ，１４ｃ）の板厚（Ｔ２）よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパー。
3. 前記底壁（１４ａ）の不連続繊維強化樹脂シート（１６）を前記側壁（１４ｂ，１４ｃ）の不連続繊維強化樹脂シート（１６）よりも厚くすることで、前記底壁（１４ａ）の板厚（Ｔ１）を前記側壁（１４ｂ，１４ｃ）の板厚（Ｔ２）よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパー。
4. 衝突荷重により前記バンパービーム（１１）に作用する曲げモーメントの分布に応じて前記底壁（１４ａ）の板厚（Ｔ１）を車幅方向に変化させたことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
5. 前記バンパービーム（１１）は、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部（Ａ）と、前記中央湾曲部（Ａ）の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部（Ｂ）とからなり、前記左右湾曲部（Ｂ）は、車幅方向外側に位置して衝撃吸収部材（１２）に接続される衝撃吸収部材接続部（Ｂ１）と、車幅方向内側に位置して前記バンパービーム（１１）のうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部（Ｂ２）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパー。
6. 前記バンパービーム（１１）は上部フランジ（１４ｄ）を前後方向内側に折り返した上部折り返し部（１４ｇ）と下部フランジ（１４ｅ）を前後方向内側に折り返した下部折り返し部（１４ｈ）とを備え、前記衝撃吸収部材接続部（Ｂ１）は少なくとも車幅方向内側の締結点（３５）および車幅方向外側の締結点（３５）で前記衝撃吸収部材（１２）の本体部（３３ａ′）に締結され、前記上部折り返し部（１４ｇ）および前記下部折り返し部（１４ｈ）の車幅方向外端は前記車幅方向内側の締結点（３５）の近傍を終端とすることを特徴とする、請求項５に記載の自動車用バンパー。

Images